عنوان

بررسی تاثیر پارامترهای غیرخطی بر روی عملکرد برداشت کننده انرژی پیزوالکتریکی با در نظر گرفتن تکیه گاه الاستیک

Number

‭۱۵۱۸۶پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی تاثیر پارامترهای غیرخطی بر روی عملکرد برداشت کننده انرژی پیزوالکتریکی با در نظر گرفتن تکیه گاه الاستیک

First Statement of Responsibility

/پریسا آقازاده

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۴‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

Date of degree

‮‭۱۳۹۴/۱۱/۱۱‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

امروزه تمایل زیادی به استفاده از سیستم صهای الکترومکانیکی به وجود آمده است .غالبا باتری‌صها منبع اصلی تامین انرژی این سیستم‌صها می‌صباشند .غلبه بر مشکلاتی شامل :تعویض و شارژ باتری به صورت مداوم، عدم دسترسی آسان به محل باتری، و ...محققین را بر آن داشت تا از منابع انرژی موجود در محیط استفاده نمایند .برخی مطالعات بر ذخیره سازی انرژی الکتریکی با استفاده از منابع نوری ، گرمایی و...متمرکز شده است .از دیگر منابع انرژی محیطی که در همه جا وجود دارد، می‌صتوان به ارتعاشات مکانیکی اشاره کرد .یکی از روش‌صهای برداشت انرژی ناشی از ارتعاشات و تبدیل آن به انرژی الکتریکی استفاده از مواد پیزوالکتریک است .از مزیت های استفاده از این روش می توان به ابعاد کوچک، شرایط وسیع عملکرد، قیمت پایین و .... اشاره کرد .نتایج بررسی محققین نشان داده است که بیشینه توان تولیدی توسط یک سیستم ارتعاشی خطی فقط در شرایط رزونانس امکان پذیر است .بدیهی است فرکانس ارتعاشات محیط متغیر بوده و برابر نگه داشتن آن با فرکانس طبیعی سیستم غیرممکن می باشد .برای حل این مشکل و افزایش محدوده فرکانس تحریک سیستم‌صهای غیرخطی مطرح شدند .در این پژوهش تیر یکسر گیرداری که یک لایه پیزوالکتریک غیرخطی به صورت سرتاسری به سطح آن و جرم متمرکزی به انتهای آزاد متصل شده است، به عنوان برداشت-کننده انرژی در نظر گرفته شده است .دامنه تغییر شکل تیر در اثر تحریک هارمونیک پایه بزرگ است .با اعمال رابطه اولر-لاگرانژ و قانون گاوس معادلات مکانیکی و الکتریکی حاکم بر حرکت به دست می‌صآیند .به علت نزدیک بودن فرکانس تحریک به اولین فرکانس طبیعی تنها یک مود از پاسخ در نظر گرفته شده است .بنابراین سیستم مورد بررسی معادل یک سیستم یک درجه آزادی شامل سختی و ضریب کوپلینگ الکترومکانیکی غیرخطی است .در نهایت اثرات ناشی از استهلاک سازه به صورت ضریب میرایی معادل شامل جملات خطی و غیر خطی به سیستم یک درجه آزادی معادل افزوده شده است .دستگاه معادلات حاکم با استفاده از روش مقیاس‌صهای زمانی چندگانه مورد بررسی قرار گرفته است .نتایج به دست آمده حاکی از آن است که در نظر گرفتن تنها یک جمله از بسط تقریبی پاسخ، تاثیر کلیه پارامترهای غیرخطی بر عملکرد برداشت‌صکننده را به درستی ارزیابی نمی‌صکند .بنابراین در نظر گرفتن حداقل دو جمله از پاسخ علی‌صرغم طولانی شدن روند محاسبات الزامی است .در نهایت اتصال برداشت‌صکننده به پایه متحرک از حالت صلب خارج شده و تاثیر میزان سختی و استهلاک اتصال بر توان تولیدی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است .بدین منظور به علت طولانی بودن روش مقیاس‌صهای زمانی چند گانه، از روش عددی استفاده شده است .نتایج نشان می‌صدهد در نظر نگرفتن ویژگی‌صهای اتصال منجر به بیشتر برآورد کردن بیشینه توان تولیدی و محدوده فرکانس تحریک می‌صشود

Text of Note

‮‭Researchers show that the maximum produced power in linear energy harvesters mechanisms occur only in resonance condition. It is obvious that environmental excitation frequency is changeable and it is impossible to be equal to the natural frequency of the system. To overcome this problem and increase the range of excitation frequency, nonlinear mechanisms are investigated. In this work, unimorph beam with a tip mass and a nonlinear piezoelectric layer is considered as an energy harvester. Beam's deflection under harmonic base excitation is assumed to be large. By applying Euler-Lagrange equation and the Gauss's law mechanical and electrical equation of motion are obtained. Excitation frequency is close to the first natural frequency of the system. Thus unimodal response like single degree of freedom system is considered. The equivalent SDOF system contains nonlinearities in stiffness and piezoelectric coupling coefficients. In order to consider the bender structure dissipation, equivalent viscous damping mechanism with linear and nonlinear quadratic terms is added to the modeling. The system of governing equations is solved with multiple scales method. Results show that considering only one term in assumed approximate response doesn't evaluate the effects of all nonlinear parameters correctly. Thus in spite of long calculations, assuming at least two terms is necessary. Finally the joint characteristics between the piezoelectric device and vibrating base are introduced to the simulation. Because the method of multiple scales is so long, numerical method is used for this purpose. Results show that neglecting the joint characteristics leads to overestimate the maximum output power and the range of excitation frequency‬ .‮‭۵‬ ‮‭Piezoelectric systems are one of the most appropriate methods for harvesting energy from mechanical vibrations. Piezoelectric systems have some advantages like: compact size, low cost, high performance‬ .‮‭۵‬ ‮‭Today there is a high tendency for using micro electromechanical devices. Batteries are main source of electrical energy for these systems. Using batteries encompass some disadvantages. First of all is that there is the need for regular replacing or recharging which is not possible for many practical applications. Furthermore it may be difficult to access the sensor. These problems motivate researchers to use environmental energy sources like: solar energy, mechanical vibrations‬

آقازاده، پریسا

جهانی، کمال، استاد راهنما

رضائی، موسی، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی